CN105849532B - 光度计测定溶解物质浓度期间扩展测量范围的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光度计测定溶解物质浓度期间扩展测量范围的方法和装置。借助于微型计量装置(3、4、5)，以光度检测方式在测量单元(11)中对溶解材料(2)的溶液进行计量，直到由溶解材料与试剂的反应产生的颜色达到预先决定的消光值X，从而使溶解材料的溶液达到既定所提供的试剂(1)的量。接着检测微型计量装置(3、4、5)上所需溶解材料(2)的量，并且基于其计算浓度，其中(2)的体积远小于(1)的体积。本发明提供的方法可用于测定以高浓度存在的物质，其中无需预稀释样品。

Description

光度计测定溶解物质浓度期间扩展测量范围的方法和装置
技术领域
本发明涉及扩展光度计系统的测量范围的方法。具体来说，本发明涉及一种光度计测定溶解物质浓度期间扩展测量范围的方法和装置。此外，本发明涉及用于测定流体中的氯含量的方法。
背景技术
光度计测量法尤其用于测定浓度。根据比尔-兰伯特定律，如果光穿过吸光物质的溶液，那么透射比例的强度视物质的材料特性、浓度以及光传递的路径长度而定。
E＝ε×c×d
E＝消光度(入射光强度与透射光比例的商的对数)
ε＝消光系数(物质特有)
c＝物质浓度
d＝光传递的溶液的路径长度
通常通过以数学方式确定已知物质浓度c与其消光度E的比率来测定浓度，并且因此能够参考消光度测量结果来计算未知浓度。在实践中，这通常意味着：对于光度计测量，将引起待测定的物质着色的指定体积的试剂与指定体积的未知浓度的物质的溶液组合并且混合，并且在具有指定尺寸的容器(具有路径长度d的测量单元)中以光度方式测量所得着色的消光度E(吸光度)，其中通过与已知浓度的校准值相比较，参考消光值来确定样品的未知浓度。
物质特有的消光系数ε通常经配置以仅可测量具有相对低浓度c的样品的方式用于常规光度计测量方法。这意味着这种方法可实现的测量范围在比尔-兰伯特定律的可应用性、物质特有特性以及所使用的测量系统的装置可能性方面受到限制。通常通过在实际测量之前稀释物质或降低路径长度d来实现测量范围的扩展。
EP 1 825 915 A2涉及用于计量和任选地滴定的手持式装置。借助于步进马达移动的活塞驱使样品流体进入容器，其中另一部分滴定搭配物位于所述容器中。用传感器确定颜色变化并且控制手持式装置的步进马达以寻找具有更高精确性的变化点。所述文献没有报导任何与使用高浓度样品有关的内容。
发明内容
因此，本发明的一个目标是提供用于测定以高浓度存在的物质的光度计方法，其中无需预先稀释样品。
意外的是，发现在测定氯的情况下，借助于微型计量装置(优选微型计量泵)将具有相对高物质浓度(例如在测定水性溶液中的氯的情况下，约2g/l)的样品溶液与N,N-二乙基-对苯二胺硫酸盐溶液(N,N-diethyl-p-phenylenediamine sulfate solution；DPD)一起逐步引入位于测量单元中的试剂溶液中直到达到某一消光度(通过光度计工具，具有消光系数ε(9800l×mol-1×cm-1))并且确定所消耗的样品溶液，使得能够测定远高于通常所允许的最大值(在常规氯测定情况下，5mg/l)的浓度。
通过用于在光度计测定溶解物质或样品2的浓度期间扩展测量范围的方法实现前述目标，其中借助于微型计量装置(微型计量器件3、装置的进料管线4、测量单元的进料管线5)相对于测量单元11中预先装填的试剂1的规定量对溶解物质2的溶液进行计量，直到以光度方式确定作为溶解物质与所述试剂的反应的结果而形成的着色达到消光值X，其对应于物质2的已知浓度，接着在微型计量装置(微型计量器件3、装置的进料管线4、测量单元的进料管线5)处确定所消耗的溶解物质2的量并且按如下方式计算浓度：
cx＝c已知×(V1+V2)/V2
其中
cx是待测定的溶解物质2的浓度，
c已知是溶解物质2的已知浓度，
V1是具有试剂1的溶液的测量单元的容积，以及
V2是微型计量装置(微型计量器件3、装置的进料管线4、测量单元的进料管线5)中所消耗的溶解物质2的溶液的体积，并且
其中V2<V1。
优选的是，V2与V1的体积比在1:200000到1:10范围内。更优选的是，V2与V1的体积比在1:200000到1:100范围内，优选在1:200000到1:1000范围内，尤其在1:200000到1:5000范围内或在1:200000到1:10000范围内。
优选的是，c已知与cx的浓度比在1:200000到1:10范围内。更优选的是，c已知与cx的浓度比在1:200000到1:100范围内，优选在1:200000到1:1000范围内，尤其在1:200000到1:5000范围内或在1:200000到1:10000范围内。
优选的是，选择溶解物质的已知浓度使得所得消光度为0.5。然而，也可以选择任何其它消光值，只要测量期间的精确性仍然合格并且其指配某一已知浓度c已知即可。
其它优选实施例定义于附属权利要求中。
附图说明
图1示出根据本发明的测量装置的实例。
附图标记说明：
1：试剂溶液
2：样品溶液
3：微型计量装置
4：装置的进料管线
5：测量单元11的进料管线
6：混合装置(磁性搅拌装置)
7：光发射器
8：光接收器
9：测量和控制单元以及测量值处理
10：从微型计量器件3到测量和控制单元9的信号线(用于确定样品溶液的计量的量)
11：测量单元
具体实施方式
方法与反向滴定的原理类似并且可应用于任何所需的其它常规光度计方法中，只要反应动力学条件允许即可。本发明所基于的反向滴定的原理可见于例如根据朗格(Lunge)进行的亚硝酸盐的测定期间。此处通过将样品溶液(亚硝酸盐溶液)倒入滴定管，并且将其作为起始进料缓慢地逐滴添加到正在被加热的KMnO4测量溶液中直到着色消失来进行滴定。与本发明的目标不同，关于常规滴定，调换溶液的动机仅为反应动力学性质。
下文参考氯测定来更详细地说明本发明。可以光度方式测定氯溶液的氯浓度。具体来说，水性氯溶液广泛用于工业和水卫生中。1升水中可以溶解约7g氯。对于游泳池中的消毒液，通常使用每升水0.3到0.6毫克的氯浓度。多种测量方法是惯用的。其中，用N,N-二乙基-对苯二胺试剂(N,N-diethyl-p-phenylenediamine reagent；简称：DPD)进行的所谓的光度计测定具有显著重要性。使用DPD作为试剂以用于测定水中的氯的方法描述于例如GB 2,312,953 A或CN 103616373 A中。DPD与含有氯的水反应以形成红色着色，意味着可容易地确定惯例应用所需的相对低氯浓度。DIN 38 408，部分4-2(由EN ISO 7393-2:2000替代)描述用于水分析的方法。所使用的测量参数是红色染料的UV/VIS光谱的最大值下的吸光度，所述红色染料作为DPD与Cl2的反应结果而形成。在来自含有氯的水性样品的氯与DPD的反应期间，如果相对较小量的氯与DPD反应，那么首先形成彩色自由基，即沃斯特红(Wurster's red)。如果氯浓度增加，那么发生转化成无色的亚胺：
DPD通常以N,N-二乙基-对苯二胺硫酸盐的形式使用。然而，原则上，DPD的其它水可溶盐也适用，只要其无需氧化即可，因为DPD碱是氧化敏感性并且甚至在空气中便开始与氧反应以形成彩色的氧化产物。
红色沃斯特染料的吸光度与所存在的染料浓度或可使用的游离氯的量成比例。
所述方法极其适用于高达5mg/l范围内的氯浓度，即用于已处理的水中的常规氯浓度。也可以确定其它卤素溶液以及次卤酸盐(hypohalogenite)的溶液。原则上，有可能测定溶液浓度，其中待测定的物质具有适于沃斯特染料形成的氧化电位。与适用于前述卤素和卤素化合物相同，这也适用于例如臭氧或过氧化物。测定更高的浓度变得更加困难，例如高达例如2g/l的氯浓度。当使用上文说明的工艺时，需要约1:1000的前述稀释步骤。对于常规测量，这是费力并且耗时的。因此，使用根据本发明的方法，其作为实例参考使用DPD进行的氯测定说明于下文中。
在测定水中的氯浓度是约2g/l的情况下，所述程序由此如下。对于测量系统，最佳光度计工作点是选自物质浓度c已知与这一系统已知的其消光度E的比率。
借助于高分辨率微型计量泵，将体积V2的具有浓度cx的待测定物质的(高度浓缩)溶液添加到已知体积V1的待测定物质的试剂溶液中，直到达到预定光度计工作点(因此，由此达到浓度c已知的消光度)。
高度浓缩溶液的浓度cx可参考以下方程式容易地计算
cx＝c已知×(V1+V2)/V2。
因此，测量范围仍仅取决于预定体积V1的比率和微型计量装置的分辨率。
可优选在500nm到560nm下以光度方式测量着色的消光度X(吸光度)。优选510nm的波长(消光度曲线的最佳值)。
根据本发明的方法使用的装置的实例配备有
-样品2的容器，
-测量单元11，
-微型计量装置(微型计量器件3、装置的进料管线4、测量单元的进料管线5)，
-光源7，优选单色光，
-光接收器8
-测量和控制单元9
以及
-任选的混合装置6，
其中光接收器8和微型计量装置(微型计量器件3、装置的进料管线4、测量单元的进料管线5)以功能性方式与测量和控制单元9接合，使得在达到消光值X之后，确定微型计量装置(微型计量器件3、装置的进料管线4、测量单元的进料管线5)的消耗。
样品溶液可位于微型计量装置的一个区域中，在这种情况下，配有进料管线4。这适用于例如具有由步进马达加压的活塞的注射型微型计量装置。
实例
(氯测定)
根据现有技术，借助于所谓的DPD方法进行的光度计氯测定可达到最大5mg/l。
包含2mg/l氯的溶液的吸光度是约0.5(最佳工作点)。
使用具有体积V1＝20ml的测量单元11，以及具有2ml储存体积和0.2μl分辨率(每个储存体积10000个步骤)的微型计量泵(微型计量器件3、测量单元的进料管线5)。由高度浓缩氯溶液2进行计量100个步骤。
c已知＝2mg/l
V1＝20ml
V2＝100×0.2μl＝20μl＝0.02ml
cx＝c已知×(V1+V2)/V2
cx＝2mg/l×(20ml+0.02ml)/0.02ml
cx＝2002mg/l
在本实例中，可由此实现5mg/l到2000mg/l的测量范围扩展。

Claims (4)

1.一种在光度计测定溶解物质(2)的浓度期间扩展测量范围的方法，其中借助于微型计量装置(3、4、5)相对于测量单元(11)中预先装填的试剂(1)的规定量对所述溶解物质(2)的溶液进行计量，直到以光度方式确定作为所述溶解物质与所述试剂的反应的结果而形成的着色达到消光值X，所述消光值X对应于所述溶解物质(2)的已知浓度，接着在所述微型计量装置(3、4、5)处确定所消耗的所述溶解物质(2)的量并且按如下方式计算浓度：
cx＝c已知×(V1+V2)/V2
其中
cx是待测定的所述溶解物质(2)的浓度，
c已知是所述溶解物质(2)的已知浓度，
V1是具有所述试剂(1)的溶液的测量单元的容积，以及
V2是由所述微型计量装置(3、4、5)消耗的所述溶解物质(2)的溶液的体积，以及
其中V2<V1。
2.根据权利要求1所述的在光度计测定溶解物质(2)的浓度期间扩展测量范围的方法，其中V2与V1的比率在1:200000到1:10范围内。
3.根据权利要求1或2所述的在光度计测定溶解物质(2)的浓度期间扩展测量范围的方法，其中所述待测定的所述溶解物质是卤素或次卤酸盐的溶液，并且所述试剂包含N,N-二乙基-对苯二胺的溶液。
4.根据权利要求3所述的在光度计测定溶解物质(2)的浓度期间扩展测量范围的方法，其中所述溶解物质是水性溶液中的氯。
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